牡丹凋落叶和枝分解过程中养分释放特征探析

张文静，余伯均，雷应雪,3，杨 丽，李上官,3，蒋 罗，杨礼通,3

（1.彭州市规划和自然资源局，四川彭州 611930；2.四川省林业科学研究院，四川成都 610084；3.彭州市天彭牡丹保育发展中心，四川彭州 611930）

植物凋落物的分解过程是生态系统中一个重要的过程，是生态系统中物流和能流的重要环节[1]。它不仅直接影响土壤养分的循环，还对土壤生态系统的稳定性和功能产生深远影响。凋落物分解释放能量和营养物质，使物流、能流渠道得以畅通，以保证植物的再利用，许多生物将凋落物分解作为它们生存和繁殖的资源[2-3]。牡丹（Paeonia×suffruticosa）属于多年生草本植物，其凋落枝叶是潜在的有机质输入源。本研究旨在探讨牡丹凋落叶和枝的分解过程，关注养分释放的动态变化和影响因素，了解牡丹凋落叶和枝分解过程中养分释放的特征，对维护牡丹种植地生态平衡和土壤质量的提高具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于彭州市天彭牡丹保育发展中心，属四川盆地亚热带湿润气候区，气候温润，季节性明显。

1.2 试验设计与样品处理

2021 年4 月，分别收集成熟的牡丹新鲜叶和枝，自然风干后，分别称取叶和枝10 g 装入网眼孔径0.5 mm、规格20 cm×20 cm 尼龙网分解袋中。于2021 年4 月中旬将上述装有10 g 牡丹凋落叶和枝的分解袋分别随机放置于地表。分别于2021 年8 月、10 月和12 月，2022 年2 月、4 月和6 月中旬在牡丹样地中各采集3 袋叶和枝分解袋带回实验室。采用纽扣温度计每2 h 自动记录1 次气温，收集凋落物袋的同时采集0～20 cm 层土壤测定其含水量。

1.3 样品分析与测试

采集回来分解袋剔除杂物后，于65 ℃烘箱中烘干至恒重，冷却后立即称重，计算土壤含水量；用磨样机粉碎并过100 目筛，参照《森林植物与森林枯枝落叶层全氮、磷、钾、钠、钙、镁的测定》（LY/T 1271—1999）测定牡丹凋落叶和枝中全N、全P 和全K 含量，全C 含量测定采用硫酸-重铬酸钾法。

1.4 数据处理与统计分析

相关计算公式见（1）和（2）。

式中，Lt和Rt分别为采样当次牡丹凋落叶和枝质量损失率和养分损失率，%；M0为牡丹凋落叶和枝初始质量，g；C0为牡丹凋落叶和枝养分初始含量，g·kg-1；Mt为采样当次牡丹凋落叶和枝质量残留量，g；Ct为采样当次牡丹凋落叶和枝养分含量浓度，g·kg-1。

数据的处理和分析采用Excel 2013 及SPSS 25.0完成。

2 结果与分析

2.1 牡丹凋落叶和枝失重率

从图1 可以看出，牡丹凋落叶的质量损失率总体上比枝条高，牡丹凋落叶和枝的分解过程中，其分解速率总体上呈现出起始高、中间平稳、后期高的特征。本研究中，6—10 月为气温较高和雨水较多的季节，该阶段分解速率较高，从10 月到次年2 月气温较低，土壤生物活动较弱，牡丹凋落叶和枝分解速率较慢；次年2—4 月气温缓慢上升，牡丹凋落叶和枝的分解速率再次提升。

图1 牡丹凋落叶和枝分解累计质量损失率

2.2 牡丹凋落叶和枝的碳、氮、磷、钾释放动态

从图2 可以看出，牡丹凋落叶的碳、氮、磷、钾累计释放率均高于枝，两者的养分释放率总体上呈现出相同的变化趋势。凋落叶全碳释放率6 月为34%，到试验结束时为75%，而枝条的测定数据分别为15%和39%，分析各时间点叶和枝分解速率差异发现，叶和枝条间的全碳释放率差值呈现出逐渐增大的趋势；牡丹凋落叶全氮释放率以12 月为拐点，在该点后，全氮释放速率明显上升，而枝全氮释放率则始终维持平缓态势；牡丹凋落叶全磷释放率在10 月有明显的拐点，之后释放速率提升幅度较大；牡丹凋落叶全钾释放率则在10 月后显著下降（p＜0.05）。

图2 牡丹凋落叶和枝不同分解阶段累积养分释放率

2.3 牡丹凋落叶和枝分解速率和分解时间

从Olson 分解系数计算结果（表1）可以看出，牡丹凋落叶和枝分解一半的时间分别为0.63 年和0.95年，分解95%的时间分别为1.24 年和2.42 年，凋落叶的分解速度明显快于枝条。

表1 牡丹凋落叶和枝的分解速率和分解时间

2.4 牡丹凋落叶和枝质量损失率、养分释放率与环境因子的相关性

如表2 所示，牡丹凋落叶和枝分解速率总体上受土壤含水量的影响大于气温，其中，凋落叶质量损失率与含水率间的相关系数为0.894（p＜0.01），全碳释放率和全氮释放率与含水率间的相关系数分别为0.781和0.714，均达到显著水平（p＜0.05），仅全磷释放率与温度的关系达到极显著水平（p＜0.01），相关系数为0.824。枝分解过程中，其质量损失率与土壤含水率间的相关系数为0.954，达到极显著水平（p＜0.01），全氮释放率与土壤含水率间的相关系数为0.841，达到显著水平（p＜0.05），同样只有全磷释放率与温度的关系达到显著水平（p＜0.05），相关系数为0.745。

表2 牡丹凋落叶和枝分解与环境因子的相关性

3 讨论与结论

牡丹凋落叶和枝的化学组成通常不同，凋落叶富含有机物质，如纤维素、半纤维素和鞣质，这些物质在分解过程中能够提供碳和能量，吸引分解微生物[4]。相比之下，枝通常含有更多的木质素，这些物质分解较慢。同时，凋落叶通常比枝更脆弱，表面积相对较大，易被分解微生物入侵。此外，凋落叶的薄膜结构可以使水分和微生物进入更容易，从而促进分解。凋落叶通常富含营养素，如氮和磷，这些营养素能够滋养分解微生物，促进分解过程。而枝的营养素含量较低，这可能限制了分解微生物的生长和活动[5]。牡丹枝表面可能附着有树脂或其他化学物质，这些物质也可能抑制微生物的生长和分解活动[6]。同时，环境因子在凋落物分解过程中发挥着关键作用，它们可以显著影响分解速度和分解过程的性质。总的来说，环境因子对于凋落物分解具有复杂的影响，并且可以因地理位置和气候条件的变化而异。因此，在研究凋落物分解时，必须综合考虑这些因素，以更好地理解分解过程的动态和模式。